燃料电池封装箱体吹扫系统及其吹扫方法与流程

1.本发明涉及燃料电池设备技术领域，尤其是涉及一种燃料电池封装箱体吹扫系统及其吹扫方法。


背景技术：

2.燃料电池发动机为达到ip67防护等级要求，需要使用一个封闭的箱体将电堆封装密闭起来，在发动机工作过程中，电堆会时刻向外渗透少部分氢气，此氢气在电堆封装箱体内部积聚，具有一定的危险性，所以需要将内部积聚氢气及时的排出。
3.现有技术中，燃料电池封装箱体内氢气吹扫方式是在空压机提供的空气经过中冷器冷却后，设置一个空气路分支，将中冷器冷却后的空气中部分空气引入电堆封装箱体，将封装箱体内积聚的氢气吹出至发动机尾排管路，实时带走封装箱体内部的氢气。
4.但是，现有技术中的燃料电池封装箱体吹扫方案中，需要燃料电池发动机为空压机额外提供一部分功率，空气入堆前端分出支路，浪费一部分供给空气，增加空压机功率消耗，降低燃料电池发动机发电效率；同时，进入电堆前的空气中的氧气含量较高，引入到封装箱体内部后，氧气更容易与封装箱体内的氢气发生化学反应，危险性较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种燃料电池封装箱体吹扫系统及其吹扫方法，以缓解现有技术中存在的浪费部分供给空气，增加空压机功率消耗，降低燃料电池发动机发电效率，以及入电堆的封装箱体前空气氧气含量高，容易与封装箱体内的氢气反应造成安全隐患的技术问题。
6.本发明提供的一种燃料电池封装箱体吹扫系统，包括：电池电堆、空气压缩机构、气液分离机构和吹扫机构；所述电池电堆容置于封装箱体内部，所述电池电堆的空气入口通过所述空气压缩机构与外部环境连通，所述空气压缩机构用于将大气中的空气输送至所述电池电堆内；所述电池电堆的空气出口通过所述气液分离机构与外部环境连通，所述电池电堆用于向所述气液分离机构输送的气液混合物，所述气液分离机构用于将气体和液体分离，所述吹扫机构的两端分别与所述气液分离机构和所述封装箱体连通，所述吹扫机构用于将所述气液分离机构分离出的部分气体输送至所述封装箱体内部，以对所述封装箱体内的氢气进行吹扫。
7.在本发明较佳的实施例中，所述吹扫机构包括流量控制阀；所述流量控制阀分别与所述气液分离机构和所述封装箱体连通，所述流量控制阀用于调节所述气液分离机构输出的气体的流量，以控制对所述封装箱体内部的氢气进行吹扫或停止。
8.在本发明较佳的实施例中，所述吹扫机构还包括空气干燥器；所述流量控制阀通过所述空气干燥器与所述封装箱体连接，所述流量控制阀用于
调节所述气液分离机构输出的气体经所述空气干燥器输送至封装箱体内部，所述空气干燥器用于对所述气液分离机构输出的气体进行干燥处理。
9.在本发明较佳的实施例中，还包括空气主路和空气支路；所述空气主路依次与所述电池电堆和所述气液分离机构连接，以将所述气液分离机构输出的气体和液体输送至外部环境中，所述空气支路的两端分别与所述封装箱体和所述空气主路靠近外部环境的一端连接，所述空气支路用于将所述封装箱体内氢气和吹扫空气汇流至所述空气主路中。
10.在本发明较佳的实施例中，还包括控制器和氢气浓度传感器；所述控制器分别与所述氢气浓度传感器和所述流量控制阀电信号连接，所述氢气浓度传感器位于所述空气支路靠近所述封装箱体的一侧，所述氢气浓度传感器与所述空气支路连接，所述氢气浓度传感器用于监测所述封装箱体内的氢气浓度信息，并将此浓度信息输送至所述控制器处，所述控制器对应控制所述流量控制阀的开度。
11.在本发明较佳的实施例中，还包括背压阀；所述背压阀位于所述空气主路靠近外部环境的一端连接，所述背压阀用于控制所述空气主路的调压及启闭；所述空气支路与所述空气主路远离所述背压阀的后端连接，以使所述空气支路输送的气体和所述背压阀输送的气体在所述空气主路的后端汇合排出。
12.在本发明较佳的实施例中，所述空气压缩机构包括空滤器、空压机和中冷器；所述空滤器、所述空压机和所述中冷器依次连接，所述空滤器用于与外部环境连通，所述中冷器与所述电池电堆连通，以将经过滤、压缩和降温的气体输送至所述电池电堆内部。
13.在本发明较佳的实施例中，还包括增湿器；所述增湿器包括干侧和湿侧，所述增湿器的所述干侧的两端分别与所述中冷器和所述电池电堆连接，所述增湿器的所述湿侧的两端分别与所述气液分离机构和所述电池电堆连接，所述增湿器用于通过所述湿侧内输送的气液混合物对所述干侧内输送的干燥气体进行增湿，并将混合的气液混合物输送至所述气液分离机构处。
14.本发明提供的一种基于所述的燃料电池封装箱体吹扫系统的吹扫方法，包括以下步骤：将大气中的空气经过滤、压缩、降温和增湿输送至电池电堆内；将电池电堆反应完成后的气液混合物经气液分离后排放至大气中；将气液分离后的干燥气体经再次干燥后对电池电堆的封装箱体内部进行吹扫；将封装箱体内部的氢气以及干燥气体与气液混合物汇合，统一排放至大气中。
15.在本发明较佳的实施例中，对电池电堆的封装箱体进行吹扫的步骤还包括：预设封装箱体内部的氢气浓度阈值区间；对封装箱体输出的气体的氢气浓度进行检测；当封装箱体内部的氢气浓度小于预设的氢气浓度阈值范围最低值时，控制流量控制阀关闭，以使经气液分离机构分离出的气体全部排放至大气中；当封装箱体内部的氢气浓度位于预设的氢气浓度阈值范围内，控制流量控制阀逐步开启，以使经气液分离机构分离处的气体对封装箱体内部进行吹扫；
当封装箱体内部的氢气浓度大于预设的氢气浓度阈值范围的最高值时，控制流量控制阀完全开启，并向中控台发送警报信息。
16.本发明提供的一种燃料电池封装箱体吹扫系统，包括：电池电堆、空气压缩机构、气液分离机构和吹扫机构；电池电堆容置于封装箱体内部，电池电堆的空气入口通过空气压缩机构与外部环境连通，空气压缩机构用于将大气中的空气输送至电池电堆内；电池电堆的空气出口通过气液分离机构与外部环境连通，电池电堆用于向气液分离机构输送的气液混合物，气液分离机构用于将气体和液体分离，吹扫机构的两端分别与气液分离机构和封装箱体连通，吹扫机构用于将气液分离机构分离出的部分气体输送至封装箱体内部，以对封装箱体内的氢气进行吹扫；通过引入到电池电堆的封装箱体进行吹扫的气体来源为电池电堆空气出口所排出的废气，不需要空压机额外增加功率消耗，提高了燃料电池发动机整体的工作效率；同时，因进入到封装箱体内进行吹扫的气体为电池电堆的空气出口尾气，此尾气中的氧气含量大大低于进入电堆前的气体，使用此低氧气含量的气体对电池电堆封装箱体内部氢气进行吹扫，将大大降低电堆封装箱体内氢气的危险性，提升了燃料电池的使用安全；缓解了现有技术中存在的浪费部分供给空气，增加空压机功率消耗，降低燃料电池发动机发电效率，以及入电堆的封装箱体前空气氧气含量高，容易与封装箱体内的氢气反应造成安全隐患的技术问题。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的燃料电池封装箱体吹扫系统的流程结构示意图。
19.图标：100-电池电堆；200-空气压缩机构；201-空滤器；202-空压机；203-中冷器；300-气液分离机构；400-吹扫机构；401-流量控制阀；402-空气干燥器；500-空气主路；600-空气支路；700-氢气浓度传感器；800-背压阀；900-增湿器。
具体实施方式
20.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.如图1所示，本实施例提供的一种燃料电池封装箱体吹扫系统，包括：电池电堆100、空气压缩机构200、气液分离机构300和吹扫机构400；电池电堆100容置于封装箱体内部，电池电堆100的空气入口通过空气压缩机构200与外部环境连通，空气压缩机构200用于将大气中的空气输送至电池电堆100内；电池电堆100的空气出口通过气液分离机构300与外部环境连通，电池电堆100用于向气液分离机构300输送的气液混合物，气液分离机构300用于将气体和液体分离，吹扫机构400的两端分别与气液分离机构300和封装箱体连通，吹扫机构400用于将气液分离机构300分离出的部分气体输送至封装箱体内部，以对封装箱体
内的氢气进行吹扫。
22.需要说明的是，本实施例提供的燃料电池封装箱体吹扫系统改变了现有的燃料电池的氢气吹扫方式，具体地，当燃料电池正常工作时，空气压缩机构200对大气中的空气进行过滤、压缩、降温和增湿输送至电池电堆100内部进行反应，并且反应完成后的气体以及液体形成的气液混合物输送至气液分离机构300处，气液分离机构300能够将气体和液态水分离，并且液态水和气体能够排放至大气环境中；其中，利用将气液分离机构300分离处的部分不含液态水的气体输送至吹扫机构400处，利用吹扫机构400的调节输送将此部分气体进入到电池电堆100的封装壳体内部进行吹扫，利用气体的吹扫能够带动封装箱体内部的氢气，使得氢气和回收的气体一起排出封装箱体内部，完成对封装箱体内部的吹扫；由于进入到封装壳体进行吹扫的气体是电池电堆100完成反应后回收的部分气体，不再需要空气压缩机构200位置处的空气对封装壳体内部吹扫，使得空气压缩机构200位置处的气体全部进入到电池电堆100内部进行反应，提高了燃料电池的工作效率；同时，回收的气体中氧气含量大大低于空气压缩机构200处的气体氧气含量，将低氧气含量的气体对氢气进行吹扫，降低了氢气的安全隐患，提高了燃料电池的使用安全，适合推广应用。
23.可选地，电池电堆100内部具有内部流道，电池电堆100的内部流道可以接收空气压缩机构200输送的气体，同时电池电堆100内部还能够接收氢气罐输送的氢气进行反应，由于燃料电池的电池电堆100属于本领域公知结构，此处对此不再赘述。
24.本实施例提供的一种燃料电池封装箱体吹扫系统，包括：电池电堆100、空气压缩机构200、气液分离机构300和吹扫机构400；电池电堆100容置于封装箱体内部，电池电堆100的空气入口通过空气压缩机构200与外部环境连通，空气压缩机构200用于将大气中的空气输送至电池电堆100内；电池电堆100的空气出口通过气液分离机构300与外部环境连通，电池电堆100用于向气液分离机构300输送的气液混合物，气液分离机构300用于将气体和液体分离，吹扫机构400的两端分别与气液分离机构300和封装箱体连通，吹扫机构400用于将气液分离机构300分离出的气体输送至封装箱体内部，以对封装箱体内的氢气进行吹扫；通过引入到电池电堆100的封装箱体进行吹扫的气体来源为电池电堆100空气出口所排出的废气，不需要空压机202额外增加功率消耗，提高了燃料电池发动机整体的工作效率；同时，因进入到封装箱体内进行吹扫的气体为电池电堆100的空气出口尾气，此尾气中的氧气含量大大低于进入电堆前的气体，使用此低氧气含量的气体对电池电堆100封装箱体内部氢气进行吹扫，将大大降低电堆封装箱体内氢气的危险性，提升了燃料电池的使用安全；缓解了现有技术中存在的浪费部分供给空气，增加空压机202功率消耗，降低燃料电池发动机发电效率，以及入电堆封装箱体前空气氧气含量高，容易与封装箱体内的氢气反应造成安全隐患的技术问题。
25.在上述实施例的基础上，进一步地，在本发明较佳的实施例中，吹扫机构400包括流量控制阀401；流量控制阀401分别与气液分离机构300和封装箱体连通，流量控制阀401用于调节气液分离机构300输出的气体的流量，以控制对封装箱体内部的氢气进行吹扫或停止。
26.本实施例中，流量控制阀401可以与气液分离机构300的气体出口位置连接，即当流量控制阀401开启时，气液分离机构300的气体出口将分离出不含液态水的气体进行输送；可选地，流量控制阀401可以采用电磁阀。
27.在本发明较佳的实施例中，吹扫机构400还包括空气干燥器402；流量控制阀401通过空气干燥器402与封装箱体连接，流量控制阀401用于调节气液分离机构300输出的气体经空气干燥器402输送至封装箱体内部，空气干燥器402用于对气液分离机构300输出的气体进行干燥处理。
28.本实施例中，进入到电池电堆100的封装箱体内的空气提前由空气干燥器402进行干燥处理，防止湿空气进入电池电堆100的封装箱体内部会产生结露，使进入电池电堆100的封装箱体内的空气保持一定的干燥性，使电池电堆100的封装箱体内的空气处于干燥状态，降低了封装箱体内产生空气击穿的风险，阻止了发生空气湿度大易导电的危险状况。
29.在本发明较佳的实施例中，还包括空气主路500和空气支路600；空气主路500依次与电池电堆100和气液分离机构300连接，以将气液分离机构300输出的气体和液体输送至外部环境中，空气支路600的两端分别与封装箱体和空气主路500靠近外部环境的一端连接，空气支路600用于将封装箱体内氢气和吹扫空气汇流至空气主路500中。
30.本实施例中，空气主路500可以作为空气压缩机构200、电池电堆100和气液分离机构300依次连接的密封管路，并且空气主路500可以使得空气压缩机构200的高压气体进入到电池电堆100内部，而且空气主路500还可以将电池电堆100反应完成之后的废气以及液态水统一输送至气液分离机构300处，利用气液分离机构300的分离完成后将废气和部分废水一起排送至大气环境中；其中，空气支路600作为吹扫气体的密封管路，其中，气液分离机构300、流量控制阀401以及空气干燥器402之间依次通过空气支路600进行密封连接，并且空气支路600还能够与封装壳体的出口位置密封连接，从而将吹扫完成的气体利用空气主路500的末端位置进行汇合排放。
31.在本发明较佳的实施例中，还包括控制器和氢气浓度传感器700；控制器分别与氢气浓度传感器700和流量控制阀401电信号连接，氢气浓度传感器700位于空气支路600靠近封装箱体的一侧，氢气浓度传感器700与空气支路600连接，氢气浓度传感器700用于通过空气支路600监测封装箱体内的氢气浓度信息，并将此浓度信息输送至控制器处，控制器对应控制流量控制阀401的开度。
32.本实施例中，控制器可以采用燃料电池发动机的内部控制器，氢气浓度传感器700能够实时监测电池电堆100的封装箱体内氢气浓度，燃料电池发动机控制器根据该浓度信号，实时调节流经流量控制阀401的空气流量，使电池电堆100的封装箱体内部的氢气浓度始终保持在所须安全浓度范围要求内。
33.可选地，针对燃料电池发动机控制器，预设封装箱体内部的氢气浓度阈值区间；当封装箱体内部的氢气浓度小于预设的氢气浓度阈值范围最低值时，控制流量控制阀401关闭，以使经气液分离机构300分离出的气体全部排放至大气中；当封装箱体内部的氢气浓度位于预设的氢气浓度阈值范围内，控制流量控制阀401逐步开启，以使经气液分离机构300分离处的气体对封装箱体内部进行吹扫；当封装箱体内部的氢气浓度大于预设的氢气浓度阈值范围的最高值时，控制流量控制阀401完全开启，并向中控台发送警报信息。
34.在本发明较佳的实施例中，还包括背压阀800；背压阀800位于空气主路500靠近外部环境的一端连接，背压阀800用于控制空气主路500的调压及启闭；空气支路600与空气主路500远离背压阀800的后端连接，以使空气支路600输送的气体和背压阀800输送的气体在空气主路500的后端汇合排出。
35.在本发明较佳的实施例中，空气压缩机构200包括空滤器201、空压机202和中冷器203；空滤器201、空压机202和中冷器203依次连接，空滤器201用于与外部环境连通，中冷器203与电池电堆100连通，以将经过滤、压缩和降温的气体输送至电池电堆100内部。
36.在本发明较佳的实施例中，还包括增湿器900；增湿器900包括干侧和湿侧，增湿器900的干侧的两端分别与中冷器203和电池电堆100连接，增湿器900的湿侧的两端分别与气液分离机构300和电池电堆100连接，增湿器900用于通过湿侧内输送的气液混合物对干侧内输送的干燥气体进行增湿，并将混合的气液混合物输送至气液分离机构300处。
37.本实施例中，系统工作时，空气主路500流经路线为：大气
→
空滤器201
→
空压机202
→
中冷器203
→
增湿器900的干侧
→
电池电堆100的内部流道
→
增湿器900的湿侧
→
气液分离机构300
→
背压阀800
→
大气；封装箱体内吹扫空气由气液分离机构300分离出的部分空气提供，该空气流经路线为：气液分离机构300
→
流量控制阀401
→
空气干燥器402
→
封装箱体内部
→
大气；其中，气液分离机构300将从增湿器900的湿侧提供的湿空气中的空气与液态水分离，液态水及大部分空气流经背压阀800进入大气，少部分不含液态水的空气流经流量控制阀401进入空气支路600的吹扫线路，经过空气干燥器402将空气进行干燥处理，然后干燥空气进入封装箱体，带走封装箱体内部的氢气，与背压阀800后端的空气主路500汇合，一同排到大气中。
38.如图1所示，本实施例提供的一种基于所述的燃料电池封装箱体吹扫系统的吹扫方法，包括以下步骤：将大气中的空气经过滤、压缩、降温和增湿输送至电池电堆100内；将电池电堆100反应完成后的气液混合物经气液分离后排放至大气中；将气液分离后的干燥气体经再次干燥后对电池电堆100的封装箱体内部进行吹扫；将封装箱体内部的氢气以及干燥气体与气液混合物汇合，统一排放至大气中。
39.在本发明较佳的实施例中，对电池电堆100的封装箱体进行吹扫的步骤还包括：预设封装箱体内部的氢气浓度阈值区间；对封装箱体输出的气体的氢气浓度进行检测；当封装箱体内部的氢气浓度小于预设的氢气浓度阈值范围最低值时，控制流量控制阀401关闭，以使经气液分离机构300分离出的气体全部排放至大气中；当封装箱体内部的氢气浓度位于预设的氢气浓度阈值范围内，控制流量控制阀401逐步开启，以使经气液分离机构300分离处的气体对封装箱体内部进行吹扫；当封装箱体内部的氢气浓度大于预设的氢气浓度阈值范围的最高值时，控制流量控制阀401完全开启，并向中控台发送警报信息。
40.本实施例提供的一种燃料电池封装箱体吹扫系统的吹扫方法，通过引入到电池电堆100的封装箱体进行吹扫的气体来源为电池电堆100空气出口所排出的废气，不需要空压机202额外增加功率消耗，提高了燃料电池发动机整体的工作效率；同时，因进入到封装箱体内进行吹扫的气体为电池电堆100的空气出口尾气，此尾气中的氧气含量大大低于进入电堆前的气体，使用此低氧气含量的气体对电池电堆100封装箱体内部氢气进行吹扫，将大大降低电堆封装箱体内氢气的危险性，提升了燃料电池的使用安全；同时利用燃料电池发动机内部的控制器和氢气浓度传感器700预设有调节程序，利用实时调节流经流量控制阀401的空气流量，使封装箱体内部的氢气浓度始终保持在所须安全浓度范围要求内；当封装箱体内部的氢气浓度大于预设的氢气浓度阈值范围的最高值时，此时控制器能够及时向操控中控台发送警报信息，工作人员可以及时对燃料电池进行检修，适合推广应用。
41.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。